电机变频器简介 50年后,MIT等首次证实霍金面积定理,暗洞总视界面积达36.7万km2
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电机变频器简介 50年后,MIT等首次证实霍金面积定理,暗洞总视界面积达36.7万km2

 

史蒂芬 · 霍金是当代很远大的物理学家之一,他在科学上有诸众贡献,包括与英国数学物理学家罗杰 · 彭罗斯共同配相符挑出在广义相对论框架内的彭罗斯–霍金奇性定理,以及对关于暗洞会发放辐射的理论性展望。他的著作《时间简史:从大爆炸到暗洞》更是成为了最畅销的科普书籍之一。

1971 年,霍金挑出了面积定理(area theorem),引发了人们对暗洞力学的一系列基本见解。该定理预言,暗洞视界的总面积不会减幼。与炎力学第二定律惊人地相通,该定律指出:熵,或物体内的无序水平,也永世不该该缩短。这肯定理也被称为暗洞物理学第二定律,也是霍金最著名的定理之一。

该定理已经在数学上得到了表明,但从未在自然界不益看测证实。

50 年后,来自 MIT、石溪大学、康奈尔大学以及添州理工学院等机构的钻研者经历不益看测引力波首次证实了霍金的这肯定理,其钻研收获于今年 5 月被《物理评论快报》授与,并于今日正式发外。

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论文地址:https://arxiv.org/pdf/2012.04486.pdf

钻研者对 GW150914 进走了仔细的不益看察电机变频器简介,它是由位于美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)于 2015 年 9 月 14 日探测到的引力波表象,是人类首次直接探测到的引力波。这束产生于双暗洞的引力波信号与广义相对论中对双暗洞旋近、并相符以及并相符后的暗洞会发生衰荡(ringdown)的理论展望相符。

简言之,这一引力波信号是生成新暗洞的两个旋近暗洞的产物,陪同而生的重大能量以引力波的形态在时空中震撼。倘若霍金的面积定理成立,则新暗洞的视界面积不该幼于母暗洞的视界总面积。

钻研者重新分析了宇宙碰撞前后 GW150914 的信号,发现相符并(merger)后视界总面积实在异国缩短,他们得出了 95% 的信任度效果。

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图左为 GW150914 的重修,图右为 GW150914 相符并前后视界面积的分值转折。

钻研者的发现是首次经历直接不益看测证实了霍金的面积定理。此外,钻研团队还计划测试异日的引力波信号,不益看察是否能够经历它们进一步证实霍金定理或者成为新的绕开定理的物理学标志。

该钻研一作、MIT 卡夫利天体物理学和空间钻研所的 NASA Einstein 博士后钻研员 Maximiliano Isi 外示:「有能够存在许众分别的致密天体,其中一些是按照喜欢因斯坦或霍金定理的暗洞,另一些则略微分别。因而电机变频器简介,吾们并不是进走这一次不益看测就终结了,这仅仅是最先。」

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片面钻研者,从左至右挨次为 MIT 博士后钻研员 Maximiliano Isi、石溪大学物理与天文系副教授 Will Farr 和康奈尔大学助理钻研员。

70 年代:追求暗洞的黄金时代

1971 年,史蒂芬 · 霍金( Stephen Hawking)挑出了面积定理,由此引发了一系列关于暗洞力学的基本见解。该定理展望,暗洞视界的总面积以及宇宙中所有暗洞的总面积永世不会缩短。这肯定理与炎力学第二定律有着奇怪的相通之处,炎力学第二定律指出,物体的熵或无序度也永世不该该缩短。

这两栽理论之间的相通性外明,暗洞能够外现为炎的、放炎的物体——这是一个令人疑心的命题,由于暗洞的内心被认为永世不会让能量外泄或辐射。

霍金最后在 1974 年将这两个不益看点进走了表明,外明倘若考虑到暗洞的量子效答,暗洞能够会有熵,并在很长的时间尺度上发出辐射。这栽表象被称为「霍金辐射」,至今仍是关于暗洞最基本的发现之一。

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暗洞(中)在大麦哲伦星云前线的模拟图电机变频器简介。

这总共都首于霍金认识到暗洞的总视界面积永世不会降低,面积法概括了 70 年代的黄金时代,所有这些洞察都是在这个时代产生的。

霍金和其他人后来表清新面积定理在数学上是可走的,但在 LIGO 首次探测到引力波之前,一向异国手段将其与自然相对照。

霍金听到这个效果后,很快有关上了 LIGO 说相符创首人、添州理工大学费曼理论物理学教授 Kip Thorne。霍金的题目是:探测能证实面积定理吗?那时,钻研人员异国能力在相符并前后从信号中挑选出需要的信休,以确定最后视界区域是否异国像霍金定理所倘若的那样缩短。直到几年后,Isi 和他的同事开发了一项技术,测试面积定理才变得可走。

暗洞相符并前后,已足面积定理吗?

2019 年,Isi 和他的同事开发了一栽技术来挑取 GW150914 峰值之后的混响——两个母暗洞碰撞形成新暗洞的时刻。该团队行使新技术挑选出特定频率,或其他闹炎的余波信号,从而能够用来计算最后暗洞的质量和自旋。

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暗洞的质量和自旋与它的视界面积直接有关,Thorne 回忆首霍金的疑问,挑出了一个后续题目:他们能用同样的技术来比较相符并前后的信号,并证实面积定理吗?

钻研人员批准了挑衅,再次在 GW150914 信号峰值时再次将其睁开。他们竖立了一个模型,分析峰值前的信号,对答于这两个相符并的暗洞,并在两个暗洞相符并之前识别两个暗洞的质量和自旋。按照推想,他们计算出了暗洞总视界面积,大约等于 23.5 万平方公里,大约是马萨诸塞州面积的 9 倍。

然后他们用之前的技术挑取了这个新形成的暗洞衰荡(ringdown),即新形成暗洞的逆射,由此计算了暗洞的质量和自旋,并最后计算出相符并后暗洞视界总面积相等于 36.7 万平方公里。

「数据表现,相符并后的视界面积增补了,而且面积定律已足的概率专门高,」Isi 说。「令人安慰的是,吾们的效果实在与吾们预期的范式相反,并且实在证实了吾们对这些复杂暗洞相符并的理解。」

该团队计划进一步测试霍金的面积定理,以及其他永久存在的暗洞力学理论,测试数据来自 LIGO 和意大利的室女座 Virgo 的数据。

「令人鼓舞的是,吾们能够以新的、创造性的手段来思考引力波数据,并解决吾们以前认为不及解决的题目。能够一向梳理出那些吾们理解的有关信休,总有镇日,这些数据能够会展现一些吾们意料不到的事情。」Isi 说。

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